KR101072486B1 - intake temperature and humidity control device and method for fuel cell - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고분자 전해질 연료전지의 성능변화에 큰 영향을 미치는 수소와 산소(공기)의 온도 및 습도를 자유롭게 제어할 수 있도록 함으로써, 연구되고 있는 다양한 단위셀 들에 있어서 공급되는 반응기체의 온도 및 습도 조건에 따른 성능 평가 및 비교가 효과적으로 수행될 수 있도록 한 것이다.The present invention allows the temperature and humidity of hydrogen and oxygen (air) to be freely controlled, which greatly affects the performance change of the polymer electrolyte fuel cell, so that the temperature and humidity of the reactor gas supplied in the various unit cells under study Performance evaluation and comparison based on conditions can be performed effectively.

이를 위해, 본 발명은 수소 봄베와, 상기 수소 봄베로부터 나오는 수소공급량을 조절하는 질량유량조절기(MFC)와, 상기 질량유량조절기를 지난 수소에 대해 수분을 가온 가습하는 버블 타입 가습기와, 상기 버블 타입 가습기로부터 가온 가습되어 나온 수소의 상대습도를 온도 제어를 통해 조절하여 연료전지의 애노드로 공급하게 되는 가습챔버로 이루어지는 수소공급모듈과; 산소 봄베와, 상기 산소 봄베로부터 나오는 산소공급량을 조절하는 질량유량조절기(MFC)와; 상기 질량유량조절기를 지난 산소에 대해 수분을 가온 가습하는 버블 타입 가습기와; 상기 버블 타입 가습기로부터 가온 가습되어 나온 산소의 상대습도를 온도 제어를 통해 조절하여 연료전지의 캐소드로 공급하게 되는 가습챔버를 포함하는 산소공급모듈;을 포함하여 구성되는 연료전지 흡기계 온·습도 제어장치 및 그 제어방법이 제공된다.To this end, the present invention is a hydrogen cylinder, a mass flow controller (MFC) for controlling the hydrogen supply amount coming from the hydrogen cylinder, a bubble type humidifier for heating and humidifying the moisture to the hydrogen passing through the mass flow regulator, and the bubble type A hydrogen supply module comprising a humidification chamber configured to supply relative to the fuel cell anode by controlling the relative humidity of the hydrogen humidified from the humidifier through temperature control; An oxygen cylinder and a mass flow controller (MFC) for controlling an oxygen supply amount from the oxygen cylinder; A bubble type humidifier for humidifying moisture to oxygen passing through the mass flow controller; Fuel cell intake machine temperature and humidity control comprising a; oxygen supply module including a humidification chamber for supplying to the cathode of the fuel cell by adjusting the relative humidity of the oxygen humidified from the bubble-type humidifier through temperature control An apparatus and a control method thereof are provided.

연료전지, 수소, 산소, 온도, 습도, 제어, 성능 Fuel cell, hydrogen, oxygen, temperature, humidity, control, performance

Description

연료전지 흡기계 온·습도 제어장치 및 방법{intake temperature and humidity control device and method for fuel cell}Intake temperature and humidity control device and method for fuel cell

본 발명은 연료전지와 관련된 것으로서, 더욱 상세하게는 고분자 전해질 연료전지의 성능변화에 큰 영향을 미치는 수소와 산소(공기)의 온도 및 습도를 제어 할 수 있는 연료전지 흡기계 온·습도 제어장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell, and more particularly, to a fuel cell intake machine temperature and humidity control device capable of controlling temperature and humidity of hydrogen and oxygen (air), which have a great influence on the performance change of a polymer electrolyte fuel cell. It is about a method.

일반적으로, 연료전지는 연료의 화학에너지를 전기 에너지로 변환시키는 에너지 변환 장치로서 기존의 다른 에너지 변환 장치와는 달리 카르노 사이클(Carnot cycle)의 제한을 받지 않아 에너지 효율이 매우 높고, 공해 배출이 거의 없으며, 휴대폰이나 노트북 전원 공급 장치에서부터 자동차 동력원, 대규모 열 병합 발전 시스템에 이르기까지 그 적용 범위가 매우 넓어 차세대 에너지원으로 각광받고 있다.In general, a fuel cell is an energy conversion device that converts chemical energy of a fuel into electrical energy. Unlike other energy conversion devices, a fuel cell is not limited to a carnot cycle and thus has high energy efficiency and almost no pollution emission. It is widely regarded as the next generation energy source because of its wide application range from cell phone or notebook power supply to automobile power source and large scale thermal power generation system.

상기 연료전지는 연료극(anode)에 공급된 연료기체와 공기극(cathode)에 공급된 기체가 전극표면에서 각각 산화,환원 반응이 일어나고, 이 반응에 의해 연료극에서 생성된 전자는 외부회로를 따라 이동하고, 수소 이온은 전해질을 통해 공기극으로 이동하게 된다. 이처럼 연료전지는 이온을 전달하기 위한 전해질을 필요로 하는데, 주로 쓰이는 전해질의 종류에 따라 고분자 전해질 연료전지(PEMFC, Proton Exchange Membrane Fuel Cell), 직접 메탄올 연료전지(DMFC, Carbonate Fuel Cell), 인산형 연료전지(PAFC, Phosphoric Acid Fuel Cell), 알칼리 연료전지(AFC, Alkaline Fuel Cell), 고체산화물 연료전지(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell)등으로 구분된다.In the fuel cell, the fuel gas supplied to the anode and the gas supplied to the cathode undergo oxidation and reduction reactions on the electrode surface, and the electrons generated at the anode move along the external circuit. Hydrogen ions migrate to the cathode through the electrolyte. As such, fuel cells require electrolytes to transfer ions, and polymer electrolyte fuel cells (PEMFC), direct methanol fuel cells (DMFCs), and phosphoric acid types are used depending on the type of electrolyte used. It is divided into fuel cell (PAFC, Phosphoric Acid Fuel Cell), alkaline fuel cell (AFC), and solid oxide fuel cell (SOFC).

이중 고분자 전해질형 연료전지는 전기적으로 절연체이며 수소이온 교환 특성을 갖는 고분자막을 전해질로 사용하는 연료전지로서, 작동온도가 낮아 시동시간이 짧고, 출력 밀도가 높고 효율이 좋으며, 주변장치가 간단하여 작은 부피로 제작이 가능하고, 공해 물질 배출이 거의 없기 때문에 대체 동력원으로 각광받고 있다.The double polymer electrolyte fuel cell is an electrically insulator and a fuel cell that uses a polymer membrane having a hydrogen ion exchange characteristic as an electrolyte, and has a low operating temperature, short startup time, high output density, good efficiency, and small peripherals. It can be manufactured by volume and has almost no pollutant emission, making it a popular alternative power source.

상기 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)는 고분자 전해질 막(polymer membrane)과 전극(anode, cathode) 그리고 스택을 구성하기 위한 분리판(separator)으로 구성되어 있다. 고분자 막을 중심으로 양쪽에 다공성의 연료극과 공기극이 부착되어 있으며, 연료극에서는 수소의 전기화학적 산화가 일어나고, 공기극에서는 산화제인 산소의 전기화학적 환원이 일어나는 구조이다.The polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) is composed of a polymer electrolyte membrane, an electrode, and a separator for forming a stack. A porous fuel electrode and an air electrode are attached to both sides of the polymer membrane, and electrochemical oxidation of hydrogen occurs at the fuel electrode, and electrochemical reduction of oxygen as an oxidant occurs at the air electrode.

고분자 전해질 연료전지는 다른 연료전지에 비해 낮은 온도에서 작동하며,시동 시간이 짧고 높은 전류밀도를 갖는다. 이론적으로, 특히 0.3W/cm2 이하의 낮은 출력밀도를 나타내는 인산형이나 용융탄산염 연료전지에 비해 1W/cm2 이상의 높은 출력을 낼 수 있다는 장점이 있다. 또 액상의 전해질을 쓰지 않기 때문에 부식 문제가 적고,작동이 용이하며, 디자인이 간단하고 제작이 쉽다. 하지만 전극촉매로 백금(Pt)을 사용하기 때문에 제조비용이 높고, 촉매가 일산화탄소(CO)에 피독될 위험이 있으며, 전해질로 사용되는 고분자막의 비용 또한 높고, 운전 중 고분자막의 수분함량 조절이 어려운 단점이 있다. 따라서 고분자 막의 수분조절과 고가의 Pt전극 촉매의 효율성을 최대화하고, 반응 속도를 향상시키기 위해서 전지의 온도 및 내부 압력을 균일하게 조절하여야만 한다.Polymer electrolyte fuel cells operate at lower temperatures than other fuel cells, and have a short startup time and high current density. Theoretically, in particular 0.3W / cm 2 1 W / cm 2 compared to phosphate or molten carbonate fuel cells There is an advantage that can output high output. In addition, since there is no liquid electrolyte, corrosion problems are small, easy to operate, simple design, and easy to manufacture. However, since platinum (Pt) is used as an electrode catalyst, the manufacturing cost is high, the catalyst may be poisoned by carbon monoxide (CO), the cost of the polymer membrane used as an electrolyte is high, and the moisture content of the polymer membrane is difficult to control during operation. There is this. Therefore, in order to maximize the efficiency of the polymer membrane moisture control and the expensive Pt electrode catalyst and to improve the reaction rate, the temperature and internal pressure of the battery must be uniformly controlled.

한편, 연료전지를 상용화하기 위해서 전극 촉매의 개발, 좋은 이온전도도를 가진 전해질의 개발, MEA(Membrane Electrode Assembly)제조 조건 등 전극 구성요소의 신물질 개발이 이루어져야 하고, 전기화학반응에서의 반응 메카니즘 규명뿐만 아니라 전지 작동의 최적조건을 위한 온도, 압력, 가습 조건에 대한 연구와 바이폴라 플레이트 재료 및 디자인에 따른 전지 성능 향상을 위한 연구가 이루어져야 한다.On the other hand, in order to commercialize fuel cells, it is necessary to develop new materials for electrode components such as electrode catalyst development, electrolyte with good ionic conductivity, MEA (Membrane Electrode Assembly) manufacturing conditions, and to identify reaction mechanisms in electrochemical reactions. In addition, studies on temperature, pressure, and humidification conditions for optimal cell operation and improvement of cell performance according to bipolar plate material and design should be conducted.

고분자 전해질 연료전지(PEMFC)는 온도, 압력 가습 특성 등에 의해서 성능 변화가 일어나는데, 온도에 의해서는 반응률, 물질전달, 전해질의 이온전도도, 셀(cell) 저항에 변화가 일어나게 되고, 압력에 의해서는 반응물의 분압, 가스의 용해성, 물질전달에 변화가 일어나게 된다.PEMFC's performance changes due to temperature, pressure and humidification characteristics, and changes in reaction rate, mass transfer, electrolyte ionic conductivity, and cell resistance due to temperature, and reactants under pressure. Partial pressure changes, solubility of gas, and mass transfer occur.

특히, 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)는 주로 과불소화 술폰산 고분자(perfluorinated sulfonic acid polymer)인 양성자(proton) 전도성 고분자 전해질 막으로 만들어지는데, 고분자 전해질막에서는 가습이 매우 중요하다. In particular, the polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) is mainly made of a proton conductive polymer electrolyte membrane, which is a perfluorinated sulfonic acid polymer, and humidification is very important in the polymer electrolyte membrane.

기본적으로 고분자 전해질막은 수분함수량 증가에 따라 이온 전도도가 증가하게 되며, 특히 고분자 막의 양이온 전도성은 반응기체인 수소와 산소(공기)의 수 분함유량에 따라 변화하며 연료전지의 성능을 결정짓는 중요한 역할을 한다. Basically, the polymer electrolyte membrane has an increased ionic conductivity as the water content increases. In particular, the cationic conductivity of the polymer membrane changes depending on the water content of hydrogen and oxygen (air), which are reactive bodies, and plays an important role in determining the performance of the fuel cell. .

상기 고분자 전해질막은 수소이온만 선택적으로 투과(물분자 2~3개와 같이 이동)시키게 되는데, 고분자 전해질막이 건조하게 되면 수분함수량 감소에 따른 성능저하가 초래되며, 완전 건조시에는 반응이 일어나지 않는다.The polymer electrolyte membrane selectively permeates only hydrogen ions (transfers with two or three water molecules). When the polymer electrolyte membrane is dried, a performance decrease occurs due to a decrease in water content, and no reaction occurs when the polymer electrolyte membrane is completely dried.

한편, 대량의 수분 흡수시에는 약 50% 이상 중량이 증가하게 되고, 수분 과다시에는 물의 응축이 발생하게 되는데, 응축된 물은 다공성 전극을 막아 연료 공급을 차단하게 된다.On the other hand, when absorbing a large amount of water, the weight is increased by about 50% or more, and when the moisture is excessive, water condensation occurs. The condensed water blocks the porous electrode to block the fuel supply.

따라서, 고분자 전해질 연료전지의 성능 향상을 위해서는 전기화학반응에서의 반응 메카니즘 규명뿐만 아니라 전지 작동의 최적조건을 위한 온도, 가습 조건에 대한 연구가 이루어져야 하며, 이를 위해서는 고분자 전해질 연료전지로 공급되는 수소와 산소의 온도 및 습도를 원하는 바대로 자유롭게 제어함으로써, 연구되고 있는 다양한 단위 셀에 대하여 간편하게 온도와 습도에 따른 성능 평가를 수행할 수 있어야 한다.Therefore, in order to improve the performance of the polymer electrolyte fuel cell, not only the reaction mechanism in the electrochemical reaction but also the temperature and humidification conditions for the optimal condition of the operation of the cell should be studied. By freely controlling the temperature and humidity of oxygen as desired, it should be possible to easily perform performance evaluations according to temperature and humidity on the various unit cells under study.

그러나, 기존에는 고분자 전해질 연료전지에 있어서 연구되고 있는 다양한 단위셀 들에 대한 성능평가 수행시, 온도 및 가습조건을 자유롭게 변화시킬 수 없어 다양한 단위셀 들의 온도 및 가습조건에 따른 성능 비교를 수행하는 것이 극히 곤란하였다.However, when performing performance evaluation on various unit cells that are being studied in a polymer electrolyte fuel cell, it is not possible to freely change the temperature and humidification conditions. It was extremely difficult.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고분자 전해질 연료전지의 성능변화에 큰 영향을 미치는 수소와 산소(공기)의 온도 및 습도를 자유롭게 제어할 수 있도록 함으로써, 연구되고 있는 다양한 단위셀 들에 있어서 공급되는 반응기체의 온도 및 습도 조건에 따른 성능 평가 및 비교가 효과적으로 수행될 수 있도록 한 연료전지 흡기계 온·습도 제어장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and various unit cells that are being studied by freely controlling the temperature and humidity of hydrogen and oxygen (air) which greatly affect the performance change of the polymer electrolyte fuel cell. It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for controlling the temperature and humidity of a fuel cell intake machine, which can effectively perform performance evaluation and comparison according to temperature and humidity conditions of a supplied reactor.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 수소 봄베와; 수소 봄베로부터 나오는 수소공급량을 조절하는 질량유량조절기(MFC)와; 상기 질량유량조절기를 지난 수소에 대해 수분을 가온 가습하는 버블 타입 가습기와; 상기 버블 타입 가습기로부터 가온 가습되어 나온 수소의 상대습도를 온도 제어를 통해 조절하여 연료전지의 애노드로 공급하게 되는 가습챔버와; 산소 봄베와; 산소 봄베로부터 나오는 산소공급량을 조절하는 질량유량조절기(MFC)와; 상기 질량유량조절기를 지난 산소에 대해 수분을 가온 가습하는 버블 타입 가습기와; 상기 버블 타입 가습기로부터 가온 가습되어 나온 산소의 상대습도를 온도 제어를 통해 조절하여 연료전지의 캐소드로 공급하게 되는 가습챔버;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 연료전지 흡기계 온·습도 제어장치가 제공된다.The present invention to achieve the above object, the hydrogen cylinder; A mass flow controller (MFC) for controlling the hydrogen supply from the hydrogen cylinder; A bubble type humidifier for humidifying moisture to hydrogen passing through the mass flow controller; A humidification chamber for supplying to the anode of the fuel cell by controlling the relative humidity of the hydrogen humidified from the bubble type humidifier through temperature control; Oxygen cylinder; A mass flow controller (MFC) for controlling the oxygen supply amount coming from the oxygen cylinder; A bubble type humidifier for humidifying moisture to oxygen passing through the mass flow controller; Provided is a fuel cell intake machine temperature and humidity control device comprising a; humidification chamber for supplying to the cathode of the fuel cell by adjusting the relative humidity of the oxygen humidified from the bubble-type humidifier through temperature control do.

전술한 구성에 있어서, 상기 버블 타입 가습기는 내부에 채워진 물을 가열하 기 위한 히터가 내장됨을 특징으로 한다.In the above-described configuration, the bubble-type humidifier is characterized in that a heater for heating the water filled therein is built-in.

그리고, 상기 버블 타입 가습기는 상단부에 기체유입관이 설치되고, 상기 기체유입관에는 코일형의 기체유동관이 연결되며, 상기 기체유동관의 출구측 단부는 버블 타입 가습기 내부의 물속에 잠기도록 설치됨을 특징으로 한다. In addition, the bubble type humidifier has a gas inlet pipe is installed at the upper end, the gas inlet pipe is connected to the coil-type gas flow tube, the outlet end of the gas flow tube is installed to be submerged in the water inside the bubble type humidifier It is done.

그리고, 상기 버블 타입 가습기로부터 가습챔버로 가는 공급라인 상에는 상기 버블 타입 가습기에서 나온 수소 혹은 산소의 온도 저하를 방지하기 위한 히터 및 단열재가 설치됨을 특징으로 한다.And, on the supply line from the bubble-type humidifier to the humidification chamber is characterized in that the heater and the heat insulating material for preventing the temperature drop of hydrogen or oxygen from the bubble-type humidifier is installed.

한편, 상기 가습챔버에는 가습챔버로 유입된 반응기체를 가열하기 위한 히터와, 챔버 내부로 유입된 수소나 산소의 온도를 검출하는 온도센서 및 습도를 검출하는 습도센서가 설치됨을 특징으로 한다.On the other hand, the humidification chamber is characterized in that the heater for heating the reactor body introduced into the humidification chamber, a temperature sensor for detecting the temperature of hydrogen or oxygen introduced into the chamber and a humidity sensor for detecting the humidity is installed.

상기 가습챔버에 설치되는 히터는 열선 히터로서, 가습챔버 몸체 외부를 감싸도록 설치되고, 상기 온도센서 및 습도센서는 상기 챔버 상단부에 설치됨을 특징으로 한다.The heater installed in the humidification chamber is a hot wire heater, is installed to surround the outside of the humidification chamber body, the temperature sensor and the humidity sensor is characterized in that installed in the upper end of the chamber.

상기 습도센서 및 온도센서는 온·습도전송기에 전기적으로 연결되며, 상기 온·습도전송기는 가습챔버의 히터 제어를 위한 메인컨트롤러에 연결됨을 특징으로 한다.The humidity sensor and the temperature sensor are electrically connected to a temperature / humidity transmitter, and the temperature / humidity transmitter is connected to a main controller for controlling a heater of the humidification chamber.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 형태에 따르면, 연료전지의 각 전극으로 유입되는 수소 및 산소의 온·습도 제어방법에 있어서, 상기 버블 타입 가습기의 물속을 통과시켜 수소 혹은 산소의 습도를 일차적으로 제어하는 단계와, 상기 수소와 산소를 연료전지의 애노드와 캐소드로 공급하기에 앞서 각 가습챔버에 서의 온도 제어를 통해 상기 수소와 산소의 상대습도를 원하는 값으로 이차적으로 제어하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 연료전지 흡기계 온·습도 제어방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention for achieving the above object, in the temperature and humidity control method of hydrogen and oxygen introduced into each electrode of the fuel cell, the humidity of hydrogen or oxygen by passing through the water of the bubble type humidifier Controlling the relative humidity of the hydrogen and oxygen to a desired value by controlling the temperature in each humidification chamber before supplying the hydrogen and oxygen to the anode and the cathode of the fuel cell. Provided is a fuel cell intake machine temperature / humidity control method, characterized in that it comprises a.

이때, 상기 버블 타입 가습기에서 일차적으로 가온 가습된 수소 및 산소는 각 버블 타입 가습기에서 나와서 가습챔버로 유입되는 과정에서 히터 및 단열재에 의해 온도 변화가 방지되고, 상기 가습챔버의 출구로부터 연료전지의 전극 입구로 공급되는 수소 및 산소는 각 가습챔버에서 나와서 연료전지의 전극 입구로 공급되는 과정에서 히터 및 단열재에 의해 일정 온도 유지 및 온도 제어가 가능하도록 된 것을 특징으로 한다.At this time, the first humidified hydrogen and oxygen in the bubble-type humidifier is prevented from the temperature change by the heater and the heat insulating material in the process of entering the humidification chamber from the bubble-type humidifier, the electrode of the fuel cell from the outlet of the humidification chamber Hydrogen and oxygen supplied to the inlet are characterized in that it is possible to maintain a constant temperature and control the temperature by the heater and the heat insulating material in the process of being supplied to the electrode inlet of the fuel cell from the humidification chamber.

본 발명은 고분자 전해질 연료전지의 성능변화에 큰 영향을 미치는 수소와 산소(공기)의 온도 및 습도를 자유롭게 제어할 수 있게 되며, 이에 따라 연구되고 있는 다양한 단위셀 들에 있어서 공급되는 반응기체의 온도 및 습도 조건에 따른 성능 비교 및 평가 작업이 효과적으로 수행될 수 있게 된다.The present invention can freely control the temperature and humidity of hydrogen and oxygen (air) which has a great influence on the performance change of the polymer electrolyte fuel cell, and thus the temperature of the reactor gas supplied in the various unit cells under study And performance comparison and evaluation work according to humidity conditions can be effectively performed.

이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용에 대해 첨부도면 도 1 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings Figures 1 to 4 for a detailed description of the embodiments of the present invention will be described.

도 1은 고분자 전해질 연료전지의 단위셀 개요도이고, 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 연료전지 흡기계의 온·습도 제어장치를 나타낸 구성도이다.1 is a schematic diagram of a unit cell of a polymer electrolyte fuel cell, and FIGS. 2A and 2B are structural diagrams illustrating a temperature and humidity control apparatus of a fuel cell intake machine of the present invention.

그리고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 연료전지 흡기계의 온·습도 제어방법을 나타낸 흐름도로서, 도 3은 연료극(애노드)으로 공급되는 수소의 온·습도 제어과정을 나타낸 흐름도이고, 도 4는 공기극(캐소드)으로 공급되는 산소의 온·습도 제어과정을 나타낸 흐름도이다.3 and 4 are flowcharts illustrating a method for controlling temperature and humidity of a fuel cell intake machine of the present invention, and FIG. 3 is a flowchart illustrating a temperature and humidity control process of hydrogen supplied to a fuel electrode (anode), and FIG. 4. Is a flowchart showing the temperature and humidity control process of oxygen supplied to the cathode (cathode).

이들 도면을 참조하면, 본 발명의 연료전지 흡기계 온·습도 제어장치는, 크게 연료극인 애노드로 수소를 공급하는 모듈과, 산소극인 캐소드로 산소(혹은 공기)를 공급하는 모듈로 나뉜다.Referring to these drawings, the fuel cell intake air temperature / humidity control apparatus of the present invention is largely divided into a module for supplying hydrogen to an anode as a fuel electrode and a module for supplying oxygen (or air) to an cathode as an oxygen electrode.

이중, 수소공급모듈은, 도 2a를 참조하면, 수소가 저장된 수소 봄베(1a)와, 상기 수소 봄베(1a)로부터 나오는 수소공급량을 조절하는 질량유량조절기(2a)(MFC)와, 상기 질량유량조절기(2a)를 지난 수소에 대해 수분을 가온 가습하는 버블 타입 가습기(3a)와, 상기 버블 타입 가습기(3a)로부터 가온 가습되어 나온 수소의 상대습도를 온도 제어를 통해 정밀하게 조절하여 연료전지의 애노드로 공급하게 되는 가습챔버(4a)를 포함하여 구성된다.Among them, referring to FIG. 2A, the hydrogen supply module includes a hydrogen cylinder 1a in which hydrogen is stored, a mass flow controller 2a (MFC) for adjusting a hydrogen supply amount from the hydrogen cylinder 1a, and the mass flow rate. A bubble type humidifier 3a for humidifying moisture with respect to hydrogen passing through the regulator 2a and the relative humidity of hydrogen heated and humidified from the bubble type humidifier 3a through temperature control are precisely controlled to control the fuel cell. It comprises a humidification chamber (4a) to be supplied to the anode.

한편, 산소공급모듈은, 도 2b를 참조하면, 산소가 저장된 산소 봄베(1b)와, 상기 산소 봄베(1b)로부터 나오는 산소공급량을 조절하는 질량유량조절기(2b)(MFC)와, 상기 질량유량조절기(2b)를 지난 산소에 대해 수분을 가온 가습하는 버블 타입 가습기(3b)와, 상기 버블 타입 가습기(3b)로부터 가온 가습되어 나온 산소의 상대습도를 온도 제어를 통해 정밀하게 조절하여 연료전지의 캐소드로 공급하게 되는 가습챔버(4b);를 포함하여 구성된다.Meanwhile, referring to FIG. 2B, the oxygen supply module includes an oxygen cylinder 1b in which oxygen is stored, a mass flow controller 2b (MFC) for adjusting an oxygen supply amount from the oxygen cylinder 1b, and the mass flow rate. The bubble type humidifier 3b for humidifying moisture to oxygen passing through the regulator 2b and the relative humidity of oxygen heated and humidified from the bubble type humidifier 3b are precisely controlled through temperature control, thereby It is configured to include; a humidification chamber (4b) to be supplied to the cathode.

이때, 상기 수소공급모듈 및 산소공급모듈의 각 버블 타입 가습기(3a)(3b)에는 내부에 채워진 물을 가열하기 위한 히터(300a)(300b)가 내장되고, 히 터(300a)(300b)에는 히터컨트롤러(7a)(7b)가 각각 연결되며, 상기 버블 타입 가습기(3a)(3b)에는 가습기 내부 온도 측정을 위한 온도센서(330a)(330b)가 설치된다.At this time, each of the bubble type humidifier (3a) (3b) of the hydrogen supply module and the oxygen supply module has a heater 300a (300b) for heating the water filled therein, the heater (300a, 300b) Heater controllers 7a and 7b are connected to each other, and the bubble type humidifiers 3a and 3b are provided with temperature sensors 330a and 330b for measuring the temperature inside the humidifier.

그리고, 상기 수소공급모듈 및 산소공급모듈의 각 버블 타입 가습기(3a)(3b)는 상단부에 기체유입관(310a)(310b)이 설치되고, 상기 기체유입관(310a)(310b)에는 코일형의 기체유동관(320a)(320b)이 연결되며, 상기 기체유동관(320a)(320b)의 기체 출구측 단부는 버블 타입 가습기(3a)(3b) 내부의 물속에 잠기도록 설치된다. In addition, each of the bubble type humidifiers 3a and 3b of the hydrogen supply module and the oxygen supply module is provided with gas inlet pipes 310a and 310b at an upper end thereof, and a coil type is provided in the gas inlet pipes 310a and 310b. The gas flow tubes 320a and 320b are connected, and the gas outlet side ends of the gas flow tubes 320a and 320b are installed to be submerged in the water inside the bubble type humidifiers 3a and 3b.

상기 수소공급모듈 및 산소공급모듈의 각 버블 타입 가습기(3a)(3b)로부터 가습챔버(4a)(4b)로 가는 각 공급라인(5a)(5b) 상에는 각 버블 타입 가습기(3a)(3b)에서 나온 수소 혹은 산소의 온도를 유지 및 제어하기 위한 별도의 히터(도시는 생략함) 및 단열재(도시는 생략함)가 설치된다.On each supply line 5a, 5b from each bubble type humidifier 3a, 3b of the hydrogen supply module and the oxygen supply module to the humidification chambers 4a, 4b, each bubble type humidifier 3a, 3b. Separate heaters (not shown) and insulation (not shown) are installed to maintain and control the temperature of the hydrogen or oxygen from.

한편, 상기 수소공급모듈 및 산소공급모듈의 각 가습챔버(4a)(4b)에는 챔버 내부로 유입된 반응기체를 가열하기 위한 히터(430a)(430b)와, 챔버 내부로 유입된 수소와 산소의 온도를 검출하는 온도센서(410a)(410b) 및 습도를 검출하는 습도센서(420a)(420b)가 설치된다.Meanwhile, each of the humidification chambers 4a and 4b of the hydrogen supply module and the oxygen supply module includes heaters 430a and 430b for heating the reactor fluid introduced into the chamber, and the hydrogen and oxygen introduced into the chamber. Temperature sensors 410a and 410b for detecting temperature and humidity sensors 420a and 420b for detecting humidity are provided.

그리고, 각 가습챔버(4a)(4b)에 설치되는 히터(430a)(430b)는 열선 히터로서, 각 가습챔버(4a)(4b)를 감싸도록 설치된다.In addition, the heaters 430a and 430b provided in the humidification chambers 4a and 4b are hot wire heaters and are installed to surround the humidification chambers 4a and 4b.

그리고, 상기 습도센서(420a)(420b) 및 온도센서(410a)(410b)는 각 온·습도전송기(6a)(6b)에 전기적으로 연결되며, 상기 온·습도전송기(6a)(6b)는 데이터획득시스템인 메인컨트롤러(9)와 연결된다.The humidity sensors 420a and 420b and the temperature sensors 410a and 410b are electrically connected to respective temperature and humidity transmitters 6a and 6b, and the temperature and humidity transmitters 6a and 6b are connected to each other. Main controller (9), which is a data acquisition system, Connected.

그리고, 상기 질량유량조절기(2a)(2b)와 히터컨트롤러(7a)(7b) 역시 메인컨 트롤러(9)에 연결되며, 상기 히터컨트롤러(7a)(7b)에는 디스플레이와 버튼이 있어 히터컨트롤러 자체에서도 온도 확인 및 온도 설정이 가능하다.The mass flow controllers 2a and 2b and the heater controllers 7a and 7b are also connected to the main controller 9, and the heater controllers 7a and 7b have a display and a button so that the heater controller itself You can check the temperature and set the temperature at.

여기서, 상기 가습챔버(4a)(4b)의 히터뿐만 아니라 공급라인(5a)(5b)에 있는 히터와, 버블 타입 가습기(3a)(3b)에 있는 히터가 모두 같은 방법으로 제어되는데, 이 히터들 주위에는 k-Type 열전대가 있어 온도를 측정하고 이 온도는 메인컨트롤러(9)로 전송되어 실시간 측정 및 데이터 저장이 이루어지게 되며, 상기 메인컨트롤러(9)는 히터 컨트롤러(7a)(7b)로 신호를 보내 각 히터를 제어하게 된다.Here, the heaters in the supply lines 5a and 5b as well as the heaters in the humidification chambers 4a and 4b and the heaters in the bubble type humidifiers 3a and 3b are all controlled in the same way. There is a k-type thermocouple around the field to measure the temperature and the temperature is transmitted to the main controller 9 for real-time measurement and data storage. The main controller 9 is connected to the heater controllers 7a and 7b. It sends a signal to control each heater.

한편, 가습챔버(4a)(4b)의 출구와 단위 셀의 기체 입구 부분까지는 공급되는 기체의 온도 변화 방지를 위해 상기 버블 타입 가습기(3a)(3b)와 가습챔버(4a)(4b)의 연결 라인과 동일하게 히터(430a)(430b)(300a)(300b) 및 단열재가 설치된다. On the other hand, the outlets of the humidification chambers 4a and 4b and the gas inlet portion of the unit cell are connected to the bubble type humidifiers 3a and 3b and the humidification chambers 4a and 4b to prevent the temperature change of the supplied gas. Heaters 430a, 430b, 300a and 300b and a heat insulating material are installed in the same manner as the line.

그리고, 미설명 부호 8은 연료전지에서 발생하는 전류 및 전압을 제어하는 로더(Electronic Loader)이다.In addition, reference numeral 8 denotes an electronic loader that controls the current and voltage generated in the fuel cell.

이와 같이 구성된 본 발명의 연료전기 흡기계 온·습도 제어장치의 작용은 다음과 같다. The operation of the fuel electric intake machine temperature and humidity control device of the present invention configured as described above is as follows.

먼저 연료전지의 연료극인 애노드로 공급되는 수소의 공급 및 온·습도 제어과정은 다음과 같다.First, a process of supplying hydrogen and controlling temperature and humidity to the anode, the anode of the fuel cell, is as follows.

수소 봄베(1a)로부터 나온 수소는 수소의 공급 유량 조절을 위한 질량유량조절기(2a)(MFC)를 통과하여 공급라인(5a)을 타고 가장 먼저 버블 타입 가습기(3a)를 통과하게 된다. Hydrogen from the hydrogen cylinder 1a passes through the mass flow controller 2a (MFC) for regulating the flow rate of hydrogen, and passes through the bubble type humidifier 3a first through the supply line 5a.

이때, 상기 버블 타입 가습기(3a) 내부에는 물이 있는데, 상기 버블 타입 가 습기(3a)에는 물을 가열할 수 있는 히터(300a)가 구비되어 있다. At this time, there is water inside the bubble-type humidifier 3a, and the bubble-type humidifier 3a is provided with a heater 300a capable of heating water.

따라서, 버블 타입 가습기(3a)를 통과한 수소는 온도제어기의 설정된 온도에 따라 작동하는 히터(300a)에 의해 온도가 상승하고 가열된 물속을 통과하는 과정에서 상대습도는 100% 가까이 상승하게 된다.Therefore, the hydrogen passing through the bubble-type humidifier (3a) is raised by the heater 300a operating in accordance with the set temperature of the temperature controller and the relative humidity rises close to 100% in the course of passing through the heated water.

상기 버블 타입 가습기(3a)를 통과하면서 가온 가습된 수소는 라인을 통과하여 상대습도를 제어하기 위한 가습챔버(4a)로 이동하는데, 이동하는 동안 온도를 유지 및 제어할 수 있도록 공급라인 주위를 히터(미도시)와 단열재(미도시)가 둘러싸고 있다.The heated and humidified hydrogen passing through the bubble type humidifier 3a moves to the humidification chamber 4a for controlling the relative humidity through the line, and the heater is heated around the supply line so as to maintain and control the temperature during the movement. (Not shown) and a heat insulating material (not shown) surround.

한편, 상기 가습챔버(4a)에는 습도센서(420a)와 온도센서(410a)가 내장되어 있고, 상기 가습챔버(4a)의 주위에는 히터(430a)가 설치되어 있어, 습도센서(420a)와 온도센서(410a)로 가습챔버로 유입된 수소의 습도와 온도를 측정하고 가습챔버(4a)의 온도를 조절하여 챔버로 유입된 수소의 상대습도를 변화시키게 된다.Meanwhile, a humidity sensor 420a and a temperature sensor 410a are built in the humidification chamber 4a, and a heater 430a is installed around the humidification chamber 4a, so that the humidity sensor 420a and the temperature are provided. The humidity and temperature of the hydrogen introduced into the humidification chamber are measured by the sensor 410a, and the relative humidity of the hydrogen introduced into the chamber is changed by adjusting the temperature of the humidification chamber 4a.

상기와 같이 하여 온도 및 상대습도가 조절된 수소는 연료전지의 애노드로 공급되며, 공급되는 과정에서 가습챔버(4a)의 출구와 단위 셀의 기체 입구 부분까지는 버블 타입 가습기(3a)와 가습챔버(4a) 사이의 연결 라인과 동일한 라인이 설치되어 있어 온도가 유지 및 제어된다.Hydrogen with controlled temperature and relative humidity as described above is supplied to the anode of the fuel cell, and the bubble type humidifier 3a and the humidification chamber (up to the outlet of the humidification chamber 4a and the gas inlet of the unit cell in the process of being supplied). The same line as the connection line between 4a) is provided so that the temperature is maintained and controlled.

다음으로, 연료전지의 공기극인 캐소드로 공급되는 산소의 공급 및 온·습도 제어과정은 다음과 같다.Next, the oxygen supply and temperature / humidity control process supplied to the cathode, which is the cathode of the fuel cell, are as follows.

산소가 저장된 산소 봄베(1b)로부터 나온 산소는 공급 유량 조절을 위한 질량유량조절기(2b)(MFC)를 통과하여 공급라인(5b)을 타고 가장 먼저 버블 타입 가습 기(3b)를 통과하게 된다. Oxygen from the oxygen cylinder (1b) stored oxygen passes through the mass flow regulator (2b) (MFC) for supply flow control to the supply line (5b) first pass through the bubble type humidifier (3b).

이때, 상기 버블 타입 가습기(3b) 내부에는 물이 있는데, 상기 버블 타입 가습기(3b)에는 물을 가열할 수 있는 히터(300b)가 구비되어 있다. At this time, there is water inside the bubble type humidifier 3b, and the bubble type humidifier 3b is provided with a heater 300b capable of heating water.

따라서, 상기 버블 타입 가습기(3b)를 통과한 산소는 온도제어기의 설정된 온도에 따라 작동하는 히터(300b)에 의해 온도가 상승하고 가열된 물속을 통과하는 과정에서 상대습도는 100%가까이 상승하게 된다.Therefore, the oxygen passed through the bubble-type humidifier 3b is increased by the heater 300b operating according to the set temperature of the temperature controller, and the relative humidity is increased to near 100% in the course of passing through the heated water. .

상기 버블 타입 가습기(3b)를 통과하면서 가열 가습된 산소는 라인을 통과하여 상대습도를 제어하기 위한 가습챔버(4b)로 이동하는데, 이동하는 동안 온도를 유지 및 제어할 수 있도록 라인 주위를 히터(미도시)와 단열재(미도시)가 둘러싸고 있다.Oxygen, heated and humidified while passing through the bubble type humidifier 3b, passes through the line to a humidification chamber 4b for controlling relative humidity, and a heater (around the line) to maintain and control the temperature during the movement. And not insulated.

한편, 상기 가습챔버(4b)에는 습도센서(420b)와 온도센서(410b)가 내장되어 있고, 상기 가습챔버(4b) 주위에는 히터(430b)가 설치되어 있어, 습도센서(420b)와 온도센서(410b)로 챔버로 유입된 산소의 습도와 온도를 측정하고 가습챔버(4b)의 온도를 조절하여 챔버로 유입된 산소의 상대습도를 변화시키게 된다.Meanwhile, a humidity sensor 420b and a temperature sensor 410b are built in the humidification chamber 4b, and a heater 430b is installed around the humidification chamber 4b, so that the humidity sensor 420b and the temperature sensor are installed. The humidity and temperature of the oxygen introduced into the chamber are measured at 410b, and the relative humidity of the oxygen introduced into the chamber is changed by adjusting the temperature of the humidification chamber 4b.

상기와 같이 하여 온도 및 상대습도가 조절된 수소는 연료전지의 애노드로 공급되며, 공급되는 과정에서 상기 가습챔버(4b)의 출구와 단위 셀의 기체 입구 부분까지는 버블 타입 가습기(3b)와 가습챔버(4b) 사이의 연결 라인과 동일한 라인이 설치되어 있어 온도 유지 및 제어가 가능하다.As described above, the hydrogen whose temperature and relative humidity are controlled are supplied to the anode of the fuel cell, and the bubble type humidifier 3b and the humidification chamber are connected to the outlet of the humidification chamber 4b and the gas inlet of the unit cell in the process of being supplied. The same line as the connection line between (4b) is provided, and temperature maintenance and control are possible.

본 발명에 의한 수소 및 산소 공급 과정을 전체적으로 요약하면, 수소 봄베(1a) 및 산소 봄베(1b)로부터 질량유량조절기(2a)(2b)(MFC)를 통과한 산소(공기) 와 수소 기체는 각각 캐소드와 애노드측의 공급 라인(5a)(5b)을 통해 가장 먼저 각각 버블 타입 가습기(3a)(3b)를 통과하게 된다. Summarizing the hydrogen and oxygen supply process according to the present invention, the oxygen (air) and the hydrogen gas passed from the hydrogen cylinder 1a and the oxygen cylinder 1b through the mass flow regulators 2a, 2b and MFC are respectively. Through the supply lines 5a and 5b on the cathode and anode side, the first pass through the bubble type humidifiers 3a and 3b, respectively.

상기 버블 타입 가습기(3a)(3b) 내부에는 물이 있으며 물을 가열할 수 있도록 히터(300a)(300b)가 구비된다. 따라서, 상기 버블 타입 가습기(3a)(3b)를 통과한 기체는 제어기의 설정 온도에 따라 온도가 상승하고 상대습도는 100% 가까이 상승하게 된다. There is water in the bubble type humidifier (3a) (3b) and the heater (300a, 300b) is provided to heat the water. Therefore, the gas passing through the bubble-type humidifier (3a) (3b) is the temperature rises in accordance with the set temperature of the controller and the relative humidity rises close to 100%.

이와 같이 버블 타입 가습기(3a)(3b)에서 일차적으로 가온 가습된 기체는 상대습도를 제어하기 위한 가습챔버(4a)(4b)로 이동하는데 이동하는 동안 온도는 공급라인에 설치된 히터(미도시)와 단열재(미도시)에 의해 유지 및 제어된다. In this way, the first gas humidified in the bubble type humidifier (3a) (3b) is moved to the humidification chamber (4a) (4b) for controlling the relative humidity, while the temperature during the movement of the heater (not shown) installed in the supply line And maintained by a heat insulator (not shown).

그리고, 상기 가습챔버(4a)(4b)에서는 습도센서(420a)(420b)와 온도센서(410a)(410b)로 습도와 온도를 측정하고 가습챔버(4a)(4b)로 유입된 기체의 온도를 제어함으로써 상대습도를 변화시키게 된다. 상기 온도 제어는 온·습도전송기(6a)(6b)에서 전송된 온도에 따라 히터컨트롤러(7a)(7b)의 설정 값을 변경함으로써 이루어지게 되며, 이러한 온도 제어에 의해 상대습도가 변화된 기체는 연료전지의 단위 셀로 공급된다. In the humidification chambers 4a and 4b, humidity and temperature are measured by the humidity sensors 420a and 420b and the temperature sensors 410a and 410b, and the temperature of the gas introduced into the humidification chambers 4a and 4b. The relative humidity is changed by controlling. The temperature control is performed by changing the set values of the heater controllers 7a and 7b according to the temperature transmitted from the temperature and humidity transmitters 6a and 6b. The gas whose relative humidity is changed by the temperature control is fuel. It is supplied to the unit cell of the battery.

한편, 본 발명은 상기한 실시예로 한정되지 아니하며, 본 발명의 기술사상의 범주를 벗어나지 않는 한, 여러 가지 다양한 형태로 변경 및 수정 가능함은 물론이다. 예컨대, 가습챔버와 버블 타입 가습기 및, 공급라인상에 구비되는 히터 종류 및 설치 위치 등은 변경 가능하다. On the other hand, the present invention is not limited to the above embodiments, and may be changed and modified in various forms without departing from the scope of the technical spirit of the present invention. For example, the humidification chamber, the bubble type humidifier, and the heater type and installation position provided on the supply line can be changed.

따라서, 본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예들로 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 기술사상의 범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.Accordingly, the rights of the present invention are not limited to the embodiments described above, but are defined by what is stated in the claims, and various modifications and changes within the scope of the technical idea described in the claims by those skilled in the art. It's obvious that you can adapt.

화석에너지 고갈 및 환경문제가 심각해짐에 따라 전 세계적으로 에너지의 중요성을 인식하고 무공해 및 청정에너지 관련 연구가 활발히 이루어지고 있는바, 본 발명의 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)는 작동온도가 낮고, 출력 밀도가 높고 효율이 좋으며, 공해 물질 배출이 거의 없기 때문에 대체 동력원으로 각광받고 있으며, 이에 따라 고분자 전해질 연료전지의 성능 평가 및 비교가 효과적으로 수행될 수 있도록 하는 본 발명은 산업상 이용가능성이 매우 높은 발명이다. As fossil energy depletion and environmental problems become more serious, globally recognized the importance of energy and active research on pollution-free and clean energy, the polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) of the present invention has a low operating temperature, output Due to its high density, high efficiency, and almost no pollutant emission, it has been spotlighted as an alternative power source, and accordingly, the present invention enables the performance evaluation and comparison of a polymer electrolyte fuel cell to be effectively performed. to be.

도 1은 고분자 전해질 연료전지의 단위셀 개요도1 is a schematic view of a unit cell of a polymer electrolyte fuel cell

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 연료전지 흡기계의 온·습도 제어장치를 나타낸 구성도로서, 2A and 2B are structural diagrams showing a temperature and humidity control apparatus of a fuel cell intake machine of the present invention.

도 2a는 연료전지와 이에 연결되는 수소공급모듈의 구성도2A is a configuration diagram of a fuel cell and a hydrogen supply module connected thereto

도 2a는 연료전지와 이에 연결되는 산소공급모듈의 구성도2a is a block diagram of a fuel cell and an oxygen supply module connected thereto

도 3 및 도 4는 본 발명의 연료전지 흡기계의 온·습도 제어방법을 나타낸 흐름도로서,3 and 4 are flow charts showing the temperature and humidity control method of the fuel cell intake machine of the present invention.

도 3은 연료극(애노드)으로 공급되는 수소의 온·습도 제어과정을 나타낸 흐름도3 is a flowchart illustrating a temperature and humidity control process of hydrogen supplied to an anode (anode)

도 4는 공기극(캐소드)으로 공급되는 산소의 온·습도 제어과정을 나타낸 흐름도4 is a flowchart illustrating a temperature and humidity control process of oxygen supplied to an air electrode (cathode).

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* * Explanation of symbols for the main parts of the drawings *

1a: 수소 봄베 1b: 산소 봄베1a: hydrogen cylinder 1b: oxygen cylinder

2a, 2b: 질량유량조절기(MFC) 3a, 3b: 버블 타입 가습기2a, 2b: mass flow controller (MFC) 3a, 3b: bubble type humidifier

4a, 4b: 가습챔버 5a, 5b: 공급라인4a, 4b: humidification chamber 5a, 5b: supply line

300a, 300b: 히터 310a, 310b: 기체유입관300a, 300b: heater 310a, 310b: gas inlet pipe

320a, 320b: 기체유동관 410a, 410b: 온도센서320a, 320b: gas flow tube 410a, 410b: temperature sensor

420a, 420b: 습도센서 430a, 430b: 히터420a, 420b: humidity sensor 430a, 430b: heater

6a, 6b: 온·습도전송기 7a, 7b: 히터컨트롤러6a, 6b: Temperature and humidity transmitters 7a, 7b: Heater controller

Claims (9)

수소 봄베(1a)와, 상기 수소 봄베(1a)로부터 나오는 수소공급량을 조절하는 질량유량조절기(2a)(MFC)와, 상기 질량유량조절기(2a)를 지난 수소에 대해 수분을 가온 가습하는 버블 타입 가습기(3a)와, 상기 버블 타입 가습기(3a)로부터 가온 가습되어 나온 수소의 상대습도를 온도 제어를 통해 조절하여 연료전지의 애노드로 공급하게 되는 가습챔버(4a)로 이루어지는 수소공급모듈과; A bubble type for humidifying and humidifying water to hydrogen passing the hydrogen cylinder 1a, the mass flow controller 2a (MFC) for adjusting the hydrogen supply amount from the hydrogen cylinder 1a, and the mass flow controller 2a. A hydrogen supply module comprising a humidifier (3a) and a humidification chamber (4a) for supplying to the anode of the fuel cell by controlling the relative humidity of the hydrogen humidified from the bubble type humidifier (3a) through temperature control; 산소 봄베(1b)와, 상기 산소 봄베(1b)로부터 나오는 산소공급량을 조절하는 질량유량조절기(2b)(MFC)와; 상기 질량유량조절기(2b)를 지난 산소에 대해 수분을 가온 가습하는 버블 타입 가습기(3b)와; 상기 버블 타입 가습기(3b)로부터 가온 가습되어 나온 산소의 상대습도를 온도 제어를 통해 조절하여 연료전지의 캐소드로 공급하게 되는 가습챔버(4b)를 포함하는 산소공급모듈;을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 연료전지 흡기계 온·습도 제어장치.An oxygen cylinder 1b and a mass flow controller 2b (MFC) for controlling an oxygen supply amount from the oxygen cylinder 1b; A bubble type humidifier (3b) for humidifying moisture with respect to oxygen passing through the mass flow regulator (2b); And an oxygen supply module including a humidification chamber 4b for supplying to the cathode of the fuel cell by controlling the relative humidity of the oxygen humidified from the bubble type humidifier 3b through temperature control. Fuel cell intake machine temperature and humidity control device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 수소 공급측 및 산소 공급측의 각 버블타입 가습기(3a)(3b)에는 내부에 수용된 물을 가열하기 위한 히터(300a)(300b)가 구비됨을 특징으로 하는 연료전지 흡기계 온·습도 제어장치.Each bubble type humidifier (3a) (3b) on the hydrogen supply side and the oxygen supply side is provided with a heater (300a) (300b) for heating the water contained therein. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 각 버블 타입 가습기(3a)(3b) 상단부에 기체유입관(310a)(310b)이 설치되고, 상기 기체유입관(310a)(310b)에는 코일형의 기체유동관(320a)(320b)이 연결되며, 상기 기체유동관(320a)(320b)의 출구측 단부는 버블 타입 가습기(3a)(3b) 내부의 물속에 잠기도록 설치됨을 특징으로 하는 연료전지 흡기계 온·습도 제어장치.Gas inlet tubes 310a and 310b are installed at upper ends of the bubble type humidifiers 3a and 3b, and coil type gas flow tubes 320a and 320b are connected to the gas inlet tubes 310a and 310b. And an outlet end of the gas flow pipe (320a) (320b) is installed to submerge in the water inside the bubble type humidifier (3a) (3b). 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,4. The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 각 버블 타입 가습기(3a)(3b)로부터 가습챔버(4a)(4b)로 가는 공급라인(5a)(5b) 상에는 상기 버블 타입 가습기(3a)(3b)에서 나온 수소나 산소의 온도 유지 및 제어를 위한 히터 및 단열재가 구비됨을 특징으로 하는 연료전지 흡기계 온·습도 제어장치.Maintaining the temperature of hydrogen or oxygen from the bubble type humidifiers 3a and 3b on the supply lines 5a and 5b from each of the bubble type humidifiers 3a and 3b to the humidification chambers 4a and 4b. Fuel cell intake machine temperature and humidity control device characterized in that the heater and the heat insulating material for control is provided. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가습챔버(4a)(4b)는,The humidification chambers 4a and 4b are 챔버 내부로 유입된 반응기체를 가열하기 위한 히터(430a)(430b)와, 챔버 내부로 유입된 수소나 산소의 온도를 검출하는 온도센서(410a)(410b) 및 습도를 검출하는 습도센서(420a)(420b)를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 흡기계 온·습도 제어장치.Heaters 430a and 430b for heating the reactor fluid introduced into the chamber, temperature sensors 410a and 410b for detecting the temperature of hydrogen or oxygen introduced into the chamber, and humidity sensors 420a for detecting humidity. (420b) is a fuel cell intake machine temperature and humidity control device. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 가습챔버(4a)(4b)에 설치되는 히터(430a)(430b)는 열선 히터로서, 챔버를 감싸도록 설치됨을 특징으로 하는 연료전지 흡기계 온·습도 제어장치.The heater (430a) (430b) is installed in the humidification chamber (4a) (4b) is a hot wire heater, the fuel cell intake machine temperature and humidity control device, characterized in that installed to surround the chamber. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,The method according to claim 5 or 6, 상기 습도센서(420a)(420b) 및 온도센서(410a)(410b)는 온·습도전송기(6a)(6b)에 전기적으로 연결되며, 상기 온·습도전송기(6a)(6b)는 메인컨트롤러(9)에 연결됨을 특징으로 하는 연료전지 흡기계 온·습도 제어장치.The humidity sensors 420a and 420b and the temperature sensors 410a and 410b are electrically connected to temperature and humidity transmitters 6a and 6b, and the temperature and humidity transmitters 6a and 6b are main controllers. 9) A fuel cell intake machine temperature and humidity control device, characterized in that connected to. 연료전지의 각 전극으로 유입되는 수소 및 산소의 온·습도 제어방법에 있어서,In the temperature and humidity control method of hydrogen and oxygen flowing into each electrode of the fuel cell, 수소 및 산소를 각각 물속을 통과시켜 상기 수소 및 산소의 습도를 일차적으로 제어하는 단계와,Firstly controlling the humidity of hydrogen and oxygen by passing hydrogen and oxygen through water, respectively; 상기 물속을 거친 수소와 산소를 연료전지의 애노드와 캐소드로 각각 공급하기에 앞서 상기 수소와 산소의 상대습도를 온도제어를 통해 원하는 상대습도가 되도록 정밀 제어하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 연료전지 흡기계 온·습도 제어방법.And precisely controlling the relative humidity of the hydrogen and oxygen to a desired relative humidity through temperature control prior to supplying the hydrogen and oxygen through the water to the anode and the cathode of the fuel cell, respectively. Battery air intake temperature and humidity control method. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 수소 및 산소는 연료전지의 각 전극으로 유입되는 유로 상에서 온도 유지 및 제어 가능하도록 가온 및 단열 처리되는 것을 특징으로 하는 연료전지 흡기 계 온·습도 제어방법.The hydrogen and oxygen is a fuel cell intake system temperature and humidity control method characterized in that the heating and adiabatic treatment so that the temperature can be maintained and controlled on the flow path flowing into each electrode of the fuel cell.
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